Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей

 

1.Содержание

 

2. Рецензия

 

 

3.Задание на курсовую работу

 

Требуется спроектировать среднескоростное звено передачи данных между двумя пользователями, отстоящими друг от друга на расстояние L км.

В зависимости от исходных данных выбрать алгоритм повышения верности, а также протокол управления работой звена данных. Распределение ошибок в прямом и обратном каналах считать биноминальным с заданной вероятностью ошибки на единичный элемент Р0=5*10-4  .

Для повышения надежности работы звена ПД спроектировать трассу основной и вспомогательной магистралей. Требуемые показатели надежности (коэффициент готовности-Кг и вероятность безотказной работы-P(t)) обеспечить применением постоянного резервирования.

3.1.Требуется

I. Kpaткo описать принцип работы алгоритмов РOС-ОЖ и POC-НП, а также основных протоколов функционирования звена ПД (BSC и HDLC).

2. Определить оптимальную длину  кадра в звене ПД по максимуму средней относительной скорости передачи, R, для двух основных алгоритмов повышения верности - РОС-OЖ и POC-НП. Построить зависимости R=f(n) для РОС-ОЖ и POC-НП.

3. Для найденных в п.2 задания  значений оптимальной  длины кадра, nopt, выбрать оптимальной алгоритм повышения верности по минимуму эквивалентной вероятности ошибки  рэ.

4. В зависимости от результатов  п.3 задания выбрать протокол управления  звеном ПД (BSC или HDLC). Изобразить формат кадра соответствующего протокола, работающего в прозрачном режиме. Кратко пояснить суть метода обеспечения прозрачности, а также назначение основных полей кадра.

5. На основе исходных дaнных выбрать марку модема (АКД) по критерию минимальной стоимости в соответствии с методикой [2].

6. Определить объем передаваемой информации, W,при заданном темпе, Тпер, и критерии отказа ,toтк .

7. По географической карте РФ  выбрать два пункта (пользователя), отстоящего на L км, проложить основную и обходную магистрали, разбив ее на ряд участков длиной 500-1000 км. Пункты переприема привязать к крупным населенным пунктам. Учесть сложность строительства трассы как основной, так и резервной.

8. Рассчитать показатели надежности  основного и обходного звеньев  ПД.

9. Провести резервирование звеньев  ПД (основного и обходного) по  различным вариантам, обеспечив требования задания по надежности (коэффициент готовности и вероятность без отказной работы).

10. Сформулировать выводы 

3.2.Исходные данные

-    минимальное кодовое  расстояние помехоустойчивого кода, do= 5 ;

-    скорость распространении сигнала по передающей cредe , V= 80 000 км/с ;

-    среднее время  наработки  на отказ группового устройства, Т ry = 1500 ч.

-    среднее время в восстановлении  группового устройства  ;

-    среднее время восстановлении АКД ( модема), ;

-    вероятность ошибки  в дискретном канале р0 =5*10-4

• скорость модуляции В = 1200 Бод;
• длина L =5600 км.
• критерий отказа tотк,  = 90 с
• время передачи Tпер = 360 с.
• время безотказной работы аппаратуры окончания канала данных (АКД) ТАКД, = 380ч
• коэффициент готовности Кr = 0,985
• вероятность безотказной работы за 12 часов, Р(t=12ч) = 0,965 

 

       4.Принцип работы алгоритмов РОС ОЖ и РОС НП

4.1. Алгоритм работы РОС ОЖ

           Система с решающей обратной связью и ожиданием сигнала решения

 

ПЕРЕДАТЧИК

НАЧАЛО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДА 

ЗАПРОС

 

       НЕТ

 

 

 

 

   ПРИЕМНИК

         НАЧАЛО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  НЕТ

      Синдром = 0                                             ДА   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1

Передатчик по прямому каналу передает закодированную корректирующим кодом кодовую комбинацию КК и ожидает приема  сигнала обратной связи по обратному каналу. Если по обратному каналу принимается сигнал, соответствующий правильному приему переданной КК, то передается следующая КК, если же принимается сигнал запрос, то переданная КК повторяется. Минимальное время передачи одной КК в системе с ожиданием равно:

Т = tкомб + 2хtр + tос,

где  tкомб  - длительность кодовой комбинации,

tр  - время распространения сигналов между передатчиком и приемником,

tос, - длительность сигнала обратной связи.

 

Система с ожиданием обычно используется в тех случаях, когда длительность КК намного превышает сумму удвоенного времени распространения сигнала по прямому каналу и длительность сигнала обратной связи:

tкомб >> 2хtр + tос,

 

 

 

 

 

4.2. Алгоритм работы РОС НП

          Система с решающей обратной связью и непрерывной передачей.

ПЕРЕДАТЧИК

   НАЧАЛО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                    

 

 

 

                                НЕТ

     ЗАПРОС

      

    

 

 

 

I = 1,h

 

 

 

 

 

 

ДА         

                    ЗАПРОС

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2

 

    ПРИЕМНИК   НАЧАЛО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДА

Синдром = 0

 

НЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3

 

В этой системе передатчик непрерывно передает последовательность комбинаций, не ожидая подтверждений. Приемник анализирует пришедшие комбинации и выдает по каналу обратной связи либо подтверждениие , либо переспрос. С момента передачи КК до момента получения сигнала ОС проходит время tож.

За это время передатчик успевает передать некоторое количество комбинаций.

При перезапросе неизбежно нарушается порядок следования комбинаций, однако получателю они должны поступать в правильном порядке. Чтобы не нарушался порядок, при переспросе используется блокировка. После обнаружения ошибки приемник стирает из своей памяти ошибочные комбинации и блокируется на h-1 комбинацию, а передатчик после получения сигнала переспроса повторяет h последних комбинаций, т.е. он повторяет ошибочную КК и h-1 следующую за ней.

 

5. Основные протоколы функционирования звена

передачи данных – BSC и HDLC

 

Большое распространение получили следующие виды протоколов :

• байт – ориентированные,
• бит – ориентированные.

В байт – ориентированных протоколах неделимой единицей выступает байт ( или символ первичного алфавита ) . Вся информация в пределах кадра кратна байту.

В бит – ориентированных протоколах неделимой единицей выступает бит  - один информационный разряд..

 

5.1. Структура байт-ориентированного протокола BSC

Протокол разработан фирмой IBM в 1968 г. Протокол работает на основе алгоритма РОС ОЖ. Альтернатива – DDCMP разработан  фирмой DEC, с использованием РОС НП.

8      8       8       не оговорено       8          8       не огов.        8       8          16     8       8       8      8

        SYN DLE  SON Заголовок кадра   DLE  STX  поле данных DLE  ETX  CRC  DLE  ETB  SYN SYN

     EOT

Рис.4

Применяемые в информационных и управляющих кадрах протокола BSC восьмибитовые управляющие символы можно разбить на три группы :

1. символы синхронизации: SYN,PAD.
2. Обрамляющие символы информационных кадров: SOH, STX, ETX, ETB, ITB.
3. Символы управления: ENQ, ACK0, ACK1, WACK, NAC, EOT, DLE, DISC.

 

Протокол BSC предусматривает три формата:

а) Весь пакет может располагаться в поле данных.

в) Весь пакет может быть разделен на части управляющими символами.

с) Формат управляющего кадра.

 

Для обеспечения «прозрачности» передачи -  возможность работы любым кодом (не только МТК – 5) используется байтстаффинг. Если  в пользовательских данных встречается символ DLE, то этому символу приписывается еще один символ DLE. Такая последовательность в протоколе BSC , как управляющая не имеет смысла, поэтому на приемной стороне она легко выявляется. В случае обнаружения подобной последовательности на приеме второй символ DLE удаляется, и данные поступают пользователю в исходном виде.

 

5.2. Структура бит-ориентированного протокола HDLC

 

Подобные протоколы были разработаны  в 70 – х  годах по инициативе ISO и по рекомендации МККТТ вошел во все протоколы HDLC.

 

Формат кадра  протокола HDLC.

 

            1         8            24                    1              16  1           8   

Flag

Header

Data

CRC

Flag

                         1     8 1      8 

01111110

ADR

CTRL

 

Разряды	1	2	3	4	5	6	7	8
Информационный кадр	0	N(S)			P/F	N(R)
Супервизор	1	0	S		P/F	N(R)
Ненумерованный кадр	1	1	M		P/F	M

Рис.5

В протоколе используется три вида кадров:

1. Информационный;
2. Управляющий (супервизор) – бывает 4-х видов;
3. Ненумерованный – бывает 17- видов.

Основным кадром является информационный. Поле адреса необходимо только для адреса получателя ( 256 адресов разбивается на 16-ть узлов с 19-тью оконечными пунктами).

Поля N(S) – посылающее и N(R) – принимающее, содержат порядковые номера переданных и принятых кадров соответственно. Нормальный формат этих полей, нумерующий – это нумерация по модулю 8 , расширенный формат – нумерация по модулю 128. Расширенная нумерация применяется на протяженных линиях, в которых одновременно может находиться большое число кадров.

Супервизор – вид кадров, обычно не включающий поле данных. Они используются для передачи подтверждений и запросов, согласий или отказов установления соединения, сообщения о разрыве соединения и т.п.

Ненумерованные кадры также не имеют поля данных и применяются для тестирования, проверок и диагностики. Разложение их производится с помощью полинома Р(х) = х16+х12+х5+1.

Исправляются ошибки алгоритмом РОС НП (возможно РОС-АП). Для защиты от вставок и выпадений используется циклическая нумерация кадров. Кроме того используется «механизм окна» или «тайм-аута» (если по истечении какого-либо времени после передачи кадров пользователь не получает никакой реакции, то он вновь передает тот же кадр). Использование всех этих мер в комплексе позволяет свести вероятность ошибки на бит до 10-8 – 10-9.

Прозрачность передачи информации в этом протоколе обеспечивается за счет битстаффинга (флаги разделяют кадры и когда по каналу не передается никакой информации по каналу передаются флаги).

Протокол может использоваться как в дуплексном, так и в полудуплексном режиме.

 

6.Определение оптимальной длины кадра в звене ПД

по максимуму средней относительной скорости передачи для алгоритмов РОС ОЖ и РОС НП

6.1. Оптимальная длина кадра в звене ПД «nотп» для алгоритма РОС ОЖ

 

Определим среднюю относительную скорость передачи:

 где

n- общее количество разрядов в поле данных, с учетом контрольной суммы,

k – длина поля данных без контрольной суммы,

t0 – длина одного единичного элемента,

Р00(n) – вероятность обнаруженной ошибки, в кодовой комбинации длиной n (информационная часть + контрольная сумма).

tож – время ожидания сигналов решения.

 

Для протоколов BSC минимальная длина пакета составляет 12 байт (96 единичных элементов).

k= n-r

где r- длина контрольной суммы, r=16 для BSC,

t0 = 1/В = 1/2400 = 4,166х10-4

где В = 2400 – скорость модуляции,

Время ожидания сигналов решения , tож, определяeтся из выражения:

             = 2х0,0625+0,1067=0,2317 с.;

где  = 6100/80000 = 0,0625 с время распространения сигнала;.

  = 8/75 = 0,1067

где n1 = 1 Байт = 8 ед.эл ;В1= 75 Бод.

         t.ак - время анализа кадра в приемнике;

         tас - время анализа сигналов решения в передатчике.

         Эти временные параметры,( t.ак, tас) не зависят от длины кадра в дискретном канале,

поэтому без потери общности можно принять tак = tас =0.

 

 

Для биномиальной модели дискретного канала:

                             

 где сочетаний будет:

    

Zобн – кратность гарантированного обнаружения ошибок,

Zобн = Dо – 1 = 5-1 = 4 , так как для циклического кода БХЧ ( Боуз-Чоудхури-Хоквингем) минимальное кодовое расстояние Dо = 5.